Система автоматического регулирования скорости электропривода
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в ycTpoficiBax. применяемых в металлургии и химической промышленности. Целью изобретения является повышение точности регулирования. Использование компенсации иозволяет устранить нелинейную зависимость параметров якорной цепи от угловой скорости элект - двигателя, а введение блоков 23 и 24 перемножения и интеграторов 17 и 18 позволяет управлять скоростью сферического двигателя при обеспечении наперед заданного качества регулирования, т. е. обеспечить независимость выходной координаты от меняющихся в широком диапазоне HafiaMeriioB электропривода и вне1пних возму1цени11. 1 3. п. ф-лы, 2 ил. ю (Л с: ГчЭ -vj со 00
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„„Я0„„1277331 5Р 4 Н 02 Р 5 06
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Мааель-ьаоопчак не5оееу оеиного ооо ено
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3810229/24-07; 3814992/24-07 (22) 05. 1 1.84 (23) 20.11.84 по п. 2 (46) 15.12.86. Бюл. № 46 (71) Коммунарский горно-металлургический институт (72) В. И. Жиляков и В. Г. Дрючин (53) 62-83:621.314.5 (088.8) (56) Зеленов А. Б. Синтез и исследование релейных систем управления электроприводом постоянного тока. †Электромехани, Известия вузов. 1979, № 5, с. 407 †4.
Загороднюк В. Т., Жиляков В. И., Садовский А. В. Синтез регуляторов электроприводов промышленных роботов.— Системы управления горными машинами, Межвузовский сб., Новочеркасск, 1979, с. 110 в 116.
Авторское свидетельство СССР № 1136289, кл. Н 02 P 5/06, 1983. (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах, применяемых в металлургии и химической промышленности. Целью изобретения является повышение точности регулирования.
Использование компенсации позволяет Устранить, нелинейную зависимость параметров якорной цепи от угловой скорости электродвигателя, а введение блоков 23 и 24 перемножения и интеграторов 7 и 18 позволяет управлять скоростью сферического двигателя при обеспечении наперед заданного качества регулирования, т. е. обеспечить Ilc зависимость выходной координаты от меняющихся в широком диапазоне параметров электропривода и внешних возмунц ний.
1 з. п. ф-лы, 2 ил.
1 277331
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования электроприводов постоянного тока, применяемых в металлургии, химической промышленности, машиностроении.
Целью изобретения является повышение точности регулирования скорости электропривода путем компенсации параметрических и внешних возмущений при ограниченной частоте скользящего режима.
На фиг. 1 приведена блок-схема системы автоматического регулирования скорости электропривода; на фиг. 2 — то же, при использовании в качестве объекта управления сериесного электродвигателя.
Система (фиг. 1) содержит электропривод 1, выполненный по системе преобразователь — двигатель, модель 2 замкнутого электропривода, состоящую из последовательно включенных сумматора 3, моделей 46 соответственно тиристорного преобразователя, цепи якоря и механической части электродвигателя, выходы которых соединены с входами сумматора 3, релейный элемент 7, выход которого соединен с входом тиристорного преобразователя 8, а входы подключены к выходам усилителей 9 — 11, каждый из которых через отдельный сумматор 12, 13 или 14 соединен соответственно с выходами механической части 15 электродвигателя и ее модели 6, с выходами якорной цепи 16 электродвигателя и ее модели 5, с выходами тиристорного преобразователя 8 и его модели 4.
Система содержит также интеграторы 17 и 18, вход первого из которых подключен к выходу сумматора 12, а вход второго— к выходу сумматора 13, выход интегратора 17 соединен с входами сумматоров 13 и 14, а выход интегратора 18 — с входом сумматора 14.
Модель 2 электропривода содержит усилители 19 — 21, включенные в цепь обратной связи по регулируемой координате, и усилитель 22, включенный между выходогл сумматора 3 модели 2 электропривода и входом тиристорного преобразователя 8.
Система автоматического регулирования, представленная на фиг. 2, помимо элементов, изображенных на фиг. 1, содержит два блока 23 и 24 возведения в квадрат, а также последовательно соединенные источник 25 напряжения, пропорционального сопротивлению якорной цепи электродвигателя, сумматор 26, усилитель 27, блок 28 перемножения и динамическое звено 29, передаточная функция которого обратна передаточной функции тиристорного преобразователя 8, при этом второй вход сумматора 26 соединен с выходом механической части 15 электродвигателя, второй вход блока 28 перемножения связан с выходом цепи якоря электродвигателя, выход динамического звена 29 подключен к входу тиристорного преобразователя 8, а входы сумматоров 13 и 14
5 l0
ЗО
55 соединены соответственно через блоки 23 и 24 возведения в квадрат с выходами якорной цепи 16 электродвигателя и тиристорного преобразователя 8. Сериесный электродвигатель в электроприводе 1 содержит дополнительное звено 30, учитывающее цепь возбужде ни я.
Входной сигнал Х- определяет задание
l3 статике (заданный уровень стабилизации скорости ю). В модели 2 формируются желаемые значения Е „ I*, ы(невозмущенные движения) фазовых координат Е., 1, и электропривода. Сфорглированные таким образом координаты Е;",, 1*, k модели 2 представляют собой задания в динамике и статике координатам Е ч I, ы электропривода.
Система работает следующим образом.
До подачи входного сигнала Х- на модель 2 желаемые значения фазовых координат Е, 1*, ш* модели равны нулю, следовательно, на вход модели 4 тиристорного преобразователя и тиристорный преобразователь 8 поступает сигнал управления U" = О, на входы релейного элемента 7 поступают нулевые сигналы, релейный элемент работает в скользящем режиме, причем выход его равен нулю, поэтому на вход тиристорного преобразователя 8 поступает нулевой суммарный сигнал. После подачи входного сигнала Х ° на выходе сумматора 3 модели 2 посредством усилителя 19 — 21 формируется сигнал управления U* = X.. — kig
Если модель 2 точно моделирует, динамические свойства электропривода, на вход электропривода не действуют внешние возмущения и не меняются параметры электропривода, то сигнал управления U обеспечивает Е»= — Е, 1* = I, е>* = (u) при использовании в качестве как релейного элемента, так и линейного усилителя вместо него. На входы релейного элемента 7 поступают нулевые сигналы. Таким образом, при идентичности свойств электропривода и его модели регулирование электропривода посредством усилителя 22 ведется управлякцци м воздействием модели U*, которое по отношению к электроприводу l является про1277331 граммным и которое обеспечивает реализацию координатами Е, 1, се электропривода их программных (желаемых) значений Е, !
*,<я>*. Поскольку при этих условиях не возникает возмущающее движение, т. е. q =
= т! = цз = О, то дополнительное управление U с выхода релейного элемента 7, работающего в скользящем режиме, равно нул ю.
Если модель не идентична электроприводу, меняются его параметры или на него действуют внешние возмущения, то действительные значения фазовых координат не равны желаемым, возникает возмущенное движение, координаты т!ь q., т!з которого не равны нулю. Сигналы отклонения т(ь т(>, q3 через усилители 9 — 11 поступают на входы релейного элемента. Поскольку на вход релейного элемента 7 не подан входной сигнал
Х.. и подключены только выходы усилителей 9 — 11, то выбором их параметров можно обеспечить работу релейного элемента в скользящем режиме при любом Л . В результате на выходе релейного элемента 7 формируется дополнительное управление
U = — з! юп(Й9т! (+ А j0q2 + /Г ) I т)3), стремящееся погасить возмущенное движение электропривода. Это управление обеспечивает компенсацию влияния изменений параметров тиристорного преобразователя 8 и внешних возмущений, приложенных к его входу. Однако влияние иных возмущений (например, изменение параметров якорной цепи от нагрева, статического момента, изменение момента инерции) не может быть скомпенсировано достаточно точно без интеграторов 17 и !8. При работе системы при отсутствии интеграторов и действий статической нагрузки появление статического тока приводит к тому, что скорость начинает уменьшаться и на выходе первого сумматора 12 формируется положительная ошибка т(= 0* — 0). Стремясь отработать эту ошибку, релейный элемент 7 в скользящем режиме увеличивает воздействие U на вход тиристорного преобразователя 11, что естественно приводит к увеличению координат Е„, 1 и к формированию на выходах второго 13 и третьего 14 сумматоров отрицательных ошибок г(> = 1* — 1, )з =- 0)* — (0, Таким образом, в системе возникают антагонистические противоречия и релейный элемент 7 формирует компромиссное управление. которое затягивает переходный процесс и способствует наличию статической ошибки в установившемся режиме. Подключение интеграторов 17 и 18 устраняет эти противоречия, обеспечивает сокращение длительности переходных процессов и устраняет статические ошибки. Действительно, если действует /, то qi)0, но задание на ток равно сумме (/*+ у ), а задание на Е равно (Е + у + уз). 3а счет выбора коэффициентов усиления усилителей 10 и 11 и интегратора 18 можно всегда обеспечить одинаковые знаки отклонений т!ь ц>, цз и устранить противоречивую информацию, поступающую на вход релейного элемента 7, а интеграторы 17 и 18 устраняют статические ошибки о координатам <о, 1 в установившемся режиме. Минимум ошибки т)д в установившемся режиме обеспечивается за счет скользящего релейного элемента 7 и поэтому можно не подключать еще один интегратор с выхода сумматора 14 на вход релейного элемента 7. Если же необходимо полностью устранить статическую ошибку q, то такой интегратор может быть подключен. Введение интеграторов 17 и 18 аналогично решает задачу и при действии иных возмущений.
Таким образом, использование программного управления U* приводит к тому, что ресурс релейного элемента используется только на компенсацию влияния меняющихся условий работы электропривода. Исполь20 зование дополнительных интеграторов 17 и 18 позволяет и при наличии одного релейного элемента обеспечить независимость движения вы одной координаты системы от меняющихся в широком диапазоне параметров электропривода и действующих на его входы внешних возмущений.
В системе, изображенной на фиг. 2, на вход сумматора 26 подан сигнал R, равный относительным потерям мощности и цепи якоря двигателя. Необходимость введения компенсации обьясняется следующим.
Для электродвигателя последовательного возбуждения справедливо соотношение
d1 E R+Сы
dt /
Параметры этого инерционного звена зависят от угловой скорости. Для компенсации этой зависимости вводят дополнительное воздействие на вход якорной цепи 16
Ei = (R + См)1; Е = Ei + F ° (2)
Тогда уравнение (1) с учетом (2) преобразуется к видх
-- = --Fi (3)
45 и, следовательно, параметры якорной цепи уже не зависят от угловой скорости. С учетом того, что дополнительное воздействие Ei должно формироваться тиристорным преобразователем 8, переносят воздействие Е на вход преобразователя 8 и на одят, что окончател ьное ком пенси рующее воздействие. приложенное к входу преобразователя 8, равно
Ui — — W(p)(R+ С»)!, (4) где К(р) — обратная передаточная функция тиристорного преобразователя.
Уравнение (4) реализуется блокамп 26
29.
1277331
До подачи входного сигнала Х:.. на модель 2 желаемые значения фазовых координат Е ", I*, (>* модели равны и лю, поэтому
U* = О, на вход релейного элемента 7 Iloступают нулевые сигналы и он работает в скользящем режиме, сигнал ня его выходе равен нулю. Поэтому на вход преобразователя 8 поступает нулевой суммарный сигнал.
После подачи Х«на выходе сумматора 3 формируется управление U, одновремеkllio поступающее на вход модели 4 преобразователя и через усилитель 22 — Ha вход преобразователя 8. Коэффициент усиления усилителя 22 вырабатывается так, чтобы в режиме холостого хода обеспечить блоками 23 и 24 возведение в квадрат примерных равенств ((>=»>*, Р=Р, Е2тЕ",. В сумматорах 12--14 вычисляются отклонения >), — I);I, которые через усилители 9 — 11 ш>ступак> г на входы релейного элемента 7. Если системы в режиме холостого хода настроена так, что
T1l = T)2 = >)з = О, U! = О, то YIIpBB>1(.íHñ (.12 с выхода релейного элемента 7 равно нулю и управление электроприводом 1 ведется воздействием U, которое по отношению к электроприводу 1 является программным. Если изменяется скорость электропривода или действует статическая нагрузка, то действительные значения фазовых координат Е„, I", (» не равны их заданным зня,2 чениям (невозму!ценным движениям) Е „", 1*, (>", в системе возникает возмущенное движение, координаты >!! — -I);> которого не равны нулю. Сигналы отклонения >) 11,; через усилители 9- 11 поступают ня входы релейного элемента 7, который Всегда работает в скользящем режиме и формирует дополнительное управление U>, стремящееся погасить возмущенное движение элек гропривода. Это управление обеспечивает коHпенсацию влияния изменений параметров преобразователя 8 и внешних возмущений, приложенных к его входу. Однако Влияние иных возмущений (изменение параметров двигателя при изменении скорости, статического момента, момента инерции) не может быть скомпенсировано locTBTo÷íî то illo, если не использовать интеграторы 17 и 18 и блоки 26 — 29.
Как следует из (1), (2) и (4), гн помогительное компенсирую!цее управление (4), реализуемое блоками 26 -29, обеспечивает компенсацию переменных параметров Ilåïè якоря 16, которая описывается после изедения U), не уравнением (1), а уря!знением (3), т. е. теперь параметры HllopllHO!Iku>I звена не зависят от угловой скорости двигателя. Если не использовать интеграторы 17 и 18, то в системе возникают стя(ические ошибки по координатам и затягивает;я переходный процесс.
Пусть под влиянием статической нагрузки скорость (» нна я вВыыххоодде емеханической «асти 15 двигателя уменыпилас1. Тогда ня Выходе сумматора !2 ошибка 1!! ==- (>" — «>)0.
Отрабатывая >>T) о! !ибку, релейный элемент 7 в скользя>це!ч режиме увеличивает
Воздействие U>, ITO гриводит и формироваIIHlo ошибок I!2> = — 72 -О; 11; = ЕД—
ЕпО
В системе возникают противоречия, что ведет к затягиванию переходного процесса и формировя11ию стят>! 1еских оп!ибок. При помощи интеграторов 17 18 противоречия устраняются, сокрапьястся длительность переходных процессов, 1.сли уменьшилась скорость ю, то задание на ток равно /*+у»
1!а няпря>кение -Е „ -1- у + у>. 3я счет выбора коэффициентов усиления соответстB>,lOILLHX BXO,LoB C> M>>1BTOpOB 13 H 4 >1(k>KIIO всегда обеспечить одинаковые знаки отклонений 1)1- — 1)х. МЯ,>!Ос гь 0111ибки 1)з обеспе«ивается за счет ск(л»зящего режима релейного элемента 7, !н> при необходимости
voækIo вместо ус:IëHTå>iÿ 1 использовать
Э(> IIPOIIOPLLHOII I.:!ÜIIO-HHT(ГРЯЛЬНОЕ ЗВЕНО.
Таким образом, использование компенсации позволяет устранить нелинейную зави Hмость параметров я орной цени от угловой скорости двигателя, а введение блоков 23 и 24 перемножения и интеграторов 17 и 18
25 поз(зол лет уllpB B„I HTI скоростью сериес ного двигателя при обесш чении напере,(задан-!.Ого качества регулирования, т. е. обеспечить независимость Выходной координаты
От меняющихся В широком диапазоне параметров электроприво тя и Внеlll! I и.; 1зозмх-! цений.
Фо з IIgria Iiloo(>I>e> e>(u>I !. Системы автом ти«еского регулироваI HH скорости злеKTpo;IpHBO. LB, Выпо.!пенно>о по системе тиристорный прсобразователь--двигатель, содержащая модель замкнутого электропр и вода, состоя щую Ik B последовательноо Вклю«енных сумматора, х.озелей
40 преобразователя, цепи якоря и механической части электродвигат(ля. Выходы которых соединены с входами указа:1но!О сумматора, рс,!ейный элемент, выход которого соединен с Входом THpHOTopl Ого преобрязоваселя, 4
Выходы которого подключены к выходам тр(х усилителей, каждый из которых ",åðåç . Оi,oël kiûé сумматор:оединен соответственно с выходами мсхан 1ческой части электродвигателя и сс моделз> с выходами якорной цепи элекTродвигателя и се модели и с выходами тиристор!гого преобразователя и его
МОДЕЛ И, 072!ИЧЙЮ(((ЙЯ ТЯ ТЕМ, ЧТО, С Ц< I»IO повышения то 1!н>сти регулирования скорости .1утем компе1!Оации параметрических и в>1еп1Bo3MvILLoниЙ 1lPH oI P>IkIH«BIIIIoÉ
СКОЛЬЗЯЩЕП> РЕЖИМЫ, В НЕЕ ВВЕДЕ(Ы ДВЯ ИН55 тсгратора, входы KoTopl>lx подклк>иены ооТВстс rBe! IIIO к Вы хo,LB м !1еР БОГО и ВТОРОГО отдельных сумматоров, Выход первого интегратора соедине>1 с Bx(. Lliìè В-.оро:o H Tp(тье1277331
Ы Г1
Составитель В. К дискона
Редактор I. Г1овкан Текред И. Всрсс Корректор 1!. М1ска
Заказ 6675/54 Тираж 63! lo.тннснос
ВНИИПИ Государственно о комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушскаи наб., д. 4!5
Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 го сумматоров, а выход второго интегратора — с входом третьего сумматора.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности компенсации параметрических и внешних возму1цений при использовании в качестве объекта управления сериесного электродвигателя, в нее введены два блока возведения в квадрат, а также последовательно соединенные источник напряжения, пропорционального сопротивлению якорной цепи электродвигателя, дополнительный сумматор, усилитель, блок перемножения и динамическое звено, передаточная функция которого обратна передаточной функции тиристорного преобразователя, при этом второй вход дополнительного сумматора соединен с выходом механической части электродвигателя, второй вход блока перемножения связан с выходом цепи якоря электродвигателя, выход динамического звена подключен к входу тиристорного преобразователя, а входы второго и третьего отдельных сумматоров соответственно соединены через указанные блоки возведения в квадрат с выходами якорной цепи электродвигателя и тиристорного преобразователя.
